DE3641777A1 - Propellerdrehzahlmessvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Drehzahlsensoren für Flugzeugpropeller und betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die die Drehzahlen beider Propeller eines Paares gegenläufiger Propeller mißt. Die Vorrichtung mißt außerdem die Phasenbeziehung zwischen den Propellern.

Es ist üblich, die Drehzahlen eines Flugzeugpropellers 3 in Fig. 4 zu messen, indem ein Zahnrad 6 (ein sogenanntes Meßrad) an der Propellerwelle befestigt wird. Jeder Zahn (oder jede Markierung) 9 erzeugt ein Signal in einer magnetischen Aufnahmespule 12, wenn er diese passiert. Eine zusätzliche Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) verarbeitet die Signale. Die Schaltungsanordnung kann bei der Drehzahlmessung folgendermaßen arbeiten.

Wenn das Zahnrad 6 acht Zähne hat, mißt die Schaltungsanordnung die Frequenz, mit der die Zähne die Spule passieren, und ermittelt aus dieser Frequenz die Drehzahl. Wenn beispielsweise die Drehzahl 160 Hz beträgt (d. h. 160 Zähne pro Sekunde) und es acht Zähne pro Umdrehung gibt, dann beträgt die ermittelte Drehzahl 1200 U/min (d. h. 1200 = 60 × 160/8).

Ein Nachteil dieser Lösung ist, daß sie nur eine mittlere Drehzahl über dem Zeitintervall liefert, das mehrere Zähne benötigen, um die Spule zu passieren. Beschleunigungen und Verzögerungen des Propellers während des Intervalls werden nicht erfaßt. Außerdem liefert diese Lösung keine Information über die Augenblickspositionen der Propellerblätter. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den genauen Zeitpunkt zu kennen, in welchem das Blatt Nr. 1 an dem Propeller in der 1:30-Uhr-Position angeordnet war.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Drehzahlmeßvorrichtung für Flugzeugpropeller zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung eine Drehzahlmeßvorrichtung für ein Paar gegenläufiger Flugzeugpropeller geschaffen werden, die die Drehzahlen jedes Propellers mißt.

Schließlich soll die Erfindung Echtzeitdaten über die Augenblicksdrehpositionen von Flugzeugpropellern liefern.

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

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, die einem Paar gegenläufiger Propeller zugeordnet ist,

Fig. 2 ein Schema eines Paares gegenläufiger Propeller,

Fig. 3 zwei Bögen 125 und 135, die auch in Fig. 2 gezeigt sind,

Fig. 4 einen bekannten Sensor zur Propellerdrehzahlmessung,

Fig. 5 und 5A Variationen in der Positionierung der Zähne 45 des Rades 30 in Fig. 1,

Fig. 6 eine Folge von Impulsen, die durch den Zähler 57 in Fig. 1 erzeugt werden, zusammen mit den Strobe-Impulsen, die in Fig. 1 angegeben sind,

Fig. 7 und 8 Taktdiagramme, die zur Erläuterung des asynchronen Betriebes des Zählers 57 und des Mikroprozessors 66 in Fig. 1 benutzt werden,

Fig. 9 und 10 Diagramme von Simulationen zum Vergleich des Betriebes einer Ausführungsform der Erfindung, bei der Fehlerkoeffizienten beim Berechnen der Drehzahl benutzt werden, mit einer anderen Ausführungsform, bei der davon kein Gebrauch gemacht wird, und

Fig. 11 und 12 zwei schematische Anordnungen der Zähne 45 in Fig. 1.

In einer Ausführungsform der Erfindung speichert ein Taktgeber die Echtzeiten, zu denen die Propellerblätter einen Referenzpunkt kreuzen. Aus diesen Echtzeiten kann die Drehzahl des Propellers nahezu augenblicklich berechnet werden.

Fig. 1 zeigt ein Paar Flugzeugpropeller 15 und 18. Sie drehen sich in entgegengesetzten Richtungen, was durch Pfeile 21 und 24 angegeben ist, und werden daher als gegenläufig bezeichnet. An den Propellern sind Meßräder 27 und 30 befestigt, die sich ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen drehen. Magnetische Meßspulen 33 und 36 bekannter Art erzeugen hier als Strobesignale bezeichnete Signale auf Abtast- oder Strobeleitungen 39 und 42 aufgrund des Vorbeigangs der Zähne 45. Eine derartige Spule ist der Fan Speed Sensor, Modell Nr. 726452, der von der Electro Corp., Sarasota, Florida, erhältlich ist.

Die Strobeleitungen 39 und 42 sind mit den Strobe-Eingängen von Signalspeichern 48 und 51 verbunden. Die Strobesignale veranlassen daher die Signalspeicher 48 und 51, die auf einem Datenbus 54 anstehenden Daten zu laden. Der Datenbus 54 führt das Ausgangssignal eines 16-Bit-Zählers 57. Der 16-Bit-Zähler 57 zählt von der Binärzahl null bis zu der Binärzahl 2¹⁶-1 (üblicherweise als 64 K bezeichnet, was dezimal 65535 ist) mit einer Frequenz von 2 MHz und wird als Taktgeber benutzt. Das heißt, der Zähler 57 geht zweimillionenmal pro Sekunde nacheinander von dezimal 0 auf dezimal 65535 und startet dann bei null ("rollt über") und fährt fort.

Die Ausgangssignale 60 und 63 der Signalspeicher 48 und 51 werden einem Mikroprozessor 66 zugeführt, der mit dem Symbol µP bezeichnet ist. Der Datenbus 54 speist ebenfalls den Mikroprozessor 66. Daher haben die beiden Signalspeicher 48 und 51 sowie der Mikroprozessor 66 Eingangssignale aus dem Zähler 57 und daher Zugang zu einem Echtzeitsignal. Der Mikroprozessor 66 ist gemäß dem Flußdiagramm programmiert, das durch die acht Schritte beschrieben wird, die in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet sind. Eine ausführliche Beschreibung jedes Schrittes schließt sich an die Auflistung an. Der Leser wird gebeten, jeweils in diese ausführliche Beschreibung zu schauen, die sich Schritt für Schritt auf die Tabelle 1 bezieht.

Tabelle 1

1. Berechne die Zeit, die für eine volle Umdrehung benötigt wird

Zeit (volle Umdrehung) = Δ T(1) + Δ T(2) + Δ T(3) + Δ T(4) + Δ T(5) + Δ T(6) + Δ T(7) + Δ -T(8)

2. Berechne den Fehlerkoeffizienten für den Zahn, der zu dem gegenwärtigen Zahn entgegengesetzt ist. m und n sind Indizes.

3. In einem Unterdrehzahlzustand (weniger als 340,9 U/min) werden die Koeffizienten auf eins reinitialisiert. Sie werden allmählich auf ihre korrekten Werte konvergieren, wenn der Unterdrehzahlzustand aufhört. Unterdrehzahl ist vorhanden, wenn ein Signalspeicher sich bei acht aufeinanderfolgenden Ablesungen nicht ändert. (Das wird als "Acht- Gang-Regel" bezeichnet.)

4. Berechne die Drehzahl.

5. Wähle gute Sensoren. (A 1 und A 2 beziehen sich auf zwei Sensoren an einem Propeller. B 1 und B 2 beziehen sich auf zwei Sensoren an dem anderen.)

5.1 WENN der Absolutwert (Sensor A 1 - Sensor A 2) 40,0 U/min ist, dann und Rücksetzen der Flags, was bedeutet, daß beide vorderen Sensoren gut sind.

WENN NICHT, dann tue dies:

5.2 WENN Sensor B 1 und B 2 beide gut sind, dann

• 5.2.1 WENN Absolutwert (Sensor A 1 - hintere Drehzahl) ≦ωτ Absolutwert (Sensor A 2 - hintere Drehzahl), dann vordere Drehzahl = A 1 und dann setze Flags, die bedeuten, daß der vordere Sensor A 1 gut und der vordere Sensor A 2 schlecht ist.
• 5.2.2 WENN NICHT, dann vordere Drehzahl = Sensor A 2 und setze Flags, die bedeuten, daß Sensor A 1 schlecht und Sensor A 2 gut ist.

5.3 WENN Sensor B 1 und Sensor B 2 nicht beide gut sind, dann nimm den schwächeren.

5.4 Wiederhole 5.1-5.3 für den anderen Propeller, indem A 1 durch B 1, A 2 durch B 2, B 1durch A 1 und B 2 durch A 2 ersetzt werden.

6. Prüfe, ob Sensoren keine Ablesung liefern, wenn das Triebwerk läuft.

WENN Kerndrehzahl ≦λτ10 000 U/min UND ABS (vordere Steigung - vorgegebene vordere Steigung) ≦ωτ3,0 Grad und ABS (hintere Steigung - vorgegebene hintere Steigung) ≦ωτ3,0 Grad, DANN

• WENN vorderer Sensor A ≦ωτ350 U/min, DANN setze Flag, das zeigt, daß der vordere Sensor A schlecht ist.
• WENN vorderer Sensor B ≦ωτ350 U/min, DANN setze Flag, das zeigt, daß der vordere Sensor B schlecht ist.
• WENN hinterer Sensor A ≦ωτ350 U/min, DANN setze Flag, das zeigt, daß der hintere Sensor A schlecht ist.
• WENN der hintere Sensor B ≦ωτ350 U/min, DANN setze Flag, das zeigt, daß der hintere Sensor B schlecht ist.

7. Berechne die Phase.

Das Flußdiagramm ist unter der Voraussetzung geschrieben, daß jeder Propeller 15 und 18 in Fig. 1 acht Blätter und demgemäß acht Zähne an jedem Meßrad 27 und 30 hat. Der übersichtlicheren Darstellung halber ist jedoch jeder Propeller nur mit vier Blättern gezeigt worden.

Der Schritt 1 ist eine Summierung, bei der die Gesamtzeit für eine Umdrehung eines Propellers berechnet wird. Diese Berechnung wird für jeden Propeller ausgeführt. Die Berechnung geht folgendermaßen vor sich. Wie oben erwähnt bewirkt, wenn ein Zahn 45 den Aufnehmer 36 passiert, das auf der Leitung 42 erzeugte Signal, daß der Signalspeicher 51 die Zahl lädt, die gegenwärtig auf dem Bus 54 vorhanden ist. Tatsächlich wird der Signalspeicher 51 mit der exakten Tageszeit geladen, zu der der Zahn 45 den Aufnehmer 36 passiert hat.

Die Tatsache, daß der Zähler 57 von null bis 64K zählt und dann erneut bei null startet, beeinflußt dieses Konzept nicht nennenswert, was weiter unten noch näher erläutert ist. Weiter wird die exakte Definition dessen, was mit "passieren" des Aufnehmers 36 gemeint ist, in Verbindung mit dem Schritt 2 erläutert.

Der Mikroprozessor 66 liest auf kontinuierlicher Basis jeden Signalspeicher 48 und 51 und bringt die Echtzeitdaten in eine Direktzugriffspeicher (RAM)-Einheit 70. Eine Untereinheit des RAM ist durch vier Kästen 73 für die Blätter 1-4 an dem Propeller 15 gezeigt, und eine gleiche Untereinheit 75 ist für den Propeller 18 gezeigt.

Die Kästen in den Untereinheiten 73 und 75 sind tatsächlich RAM-Speicherplätze. Jeder Kasten entspricht einem Propellerblatt. Die übliche Betriebsfolge würde sein: ein Zahn geht vorbei, wodurch sich die Zahl in dem Signalspeicher 51 ändert. Der Mikroprozessor 66 liest den Signalspeicher 51 ab und speichert die Zahl, die er gerade liest, in dem RAM 77 in der Untereinheit 73. Ein anschließender Zahn passiert die Spule 36, wodurch wieder die Zahl in dem Signalspeicher 51 geändert wird. Der Mikroprozesor 66 liest wieder den Signalspeicher 51 ab und speichert dann die gerade abgelesene Zahl in einem weiteren RAM 79, usw., wodurch die Echtzeitereignisse der Strobesignale gespeichert werden. Das ist gleichbedeutend mit dem Speichern der Echtzeiten von Zahnvorbeigängen, was gleichbedeutend ist mit dem Speichern der Echtzeitereignisse, wenn die Blätter einen vorbestimmten Punkt kreuzen, wie beispielsweise einen Punkt 82. Letzteres ist gültig, weil die relativen Geometrien der Propeller 15 und des Zahnrades 30 aus dem Aufbau des Propellersystems im voraus bekannt sind.

Beispielshalber könnten für die Taktfrequenz von 2 MHz, die oben angegeben ist, bei einem achtzähnigen Rad und bei einer konstanten Propellerdrehzahl von 1200 U/min in einem bestimmten Zeitpunkt die Zahlen, die in dem RAM für den Propeller 15 enthalten sind, "t = 9000" sein, wie es dargestellt ist. Der Leser wird bemerken, daß sich sämtliche Zahlen um 12500 unterscheiden, was die Anzahl der Zählungen ist, die während des 0,00625-Sekunden-Intervalls zwischen Zahnvorbeigängen erfolgen.

Der Mikroprozessor 66 speichert außerdem Daten in der Untereinheit 75 für den anderen Propeller 18 auf dieselbe Weise. Die Ausführungsgeschwindigkeit (z. B. 1 Million Assemblercodeschritte pro Sekunde) des Mikroprozessors 66 ist so viel schneller als die Strobesignale, die die Daten auf dem Datenbus 54 ändern (z. B. 160 Änderungen pro Sekunde für ein 8-zähniges Rad bei 1200 U/min), daß es für den Mikroprozessor kein Problem darstellt, beide Signalspeicher zwischen Signalspeicherabtastereignissen abzulesen und zu speichern.

Die Echtzeitinformation über die Blattvorbeigänge, die in dem RAM 70 gespeichert ist, gestattet dem Mikroprozessor 66, die Zeitintervalle Δ T zwischen aufeinanderfolgenden Blattvorbeigängen zu speichern. Das Intervall ist die Differenz zwischen der gespeicherten Echtzeit für zwei aufeinanderfolgende Blätter, was durch das Symbol Δ T in Fig. 1 nahe den Kästen 77 und 79 gezeigt ist. Δ T ist in diesem Beispiel 12500.

Δ T(1) bezieht sich auf das Zeitintervall Δ T zwischen dem Vorbeigang des Zahns Nr. 8 und des Zahns Nr. 1 Δ T(2) bezieht sich auf das Zeitintervall zwischen den Vorbeigängen des Zahns Nr. 1 und des Zahns Nr. 2, usw. Daher wird in dem Schritt Nr. 1 das gesamte Zeitintervall für eine einzelne Umdrehung jedes Blattes berechnet.

In dem Schritt Nr. 2 wird ein Fehlerkoeffizient berechnet. Ein Grund für den Fehlerkoeffizienten wird mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Bei der Herstellung der Zahnräder 30 und 6 nach den Fig. 1 bzw. 5 ist es fast unvermeidlich, daß ein Zahn 9 A in Fig. 5 nicht genau in seiner vorgesehenen Position liegen wird, sondern (1) in die gestrichelt dargestellte Position 85 verlagert sein kann, (2) überdimensioniert sein kann, wie es durch gestrichelte Linien 88 gezeigt ist, oder (3) unterdemensioniert sein kann, wie es durch die gestrichelte Linie 89 gezeigt ist. In jedem dieser drei Fälle können die Flanken 90 gegenüber den vorgesehenen Positionen 93 und um bis zu 0,1 Grad verschoben sein, was mit dem Winkel ϑ bezeichnet ist. Die Signale, die durch den Aufnehmer 12 erzeugt werden, werden daher tatsächlich zu anderen Zeiten auftreten als in dem Fall, in welchem die Flanken 90 in ihren vorgesehenen Positionen sind. Infolgedessen werden die Zeitintervalle, die zwischen den Zähnen gemessen werden, welche die Flanken 90 tragen (dargestellt als Δ T(1) und Δ T(2)) anders sein als die Zeitintervalle, die zwischen den Zähnen 9 C und 9 D gemessen werden (d. h. Δ T(3) und Δ T(4)), selbst wenn sich das Zahnrad 6 mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht.

Die Daten in dem Signalspeicher 51 in Fig. 1 würden, sofern sie nicht korrigiert werden, angegeben, daß das Rad 30 und daher der Propeller, an dem es befestigt ist, eine Beschleunigung mit anschließender Verzögerung erfährt, weil das Zeitintervall Δ T(1) kleiner ist als das Zeitintervall Δ T(4).

Weiter, selbst wenn das Zahnrad 30 perfekt hergestellt wäre, könnten Ungleichmäßigkeiten in der Reluktanz des Radmaterials Ungleichmäßigkeiten in den Strobesignalen hervorrufen. Ein Grund ist, daß die Spule 12 durch eine bestimmte Reluktanzänderung in dem Gebiet 95 getriggert wird. Sowohl die Zusammensetzung des Rades 30 als auch die Radgeometrie sind an der Reluktanzänderung beteiligt. Es ist die bestimmte Änderung in der Reluktanz, auf die die Spule 12 anspricht, um einen Zahnvorbeigang zu erfassen. Der Schritt 2 korrigiert die Abweichung in der Zusammensetzung und der Geometrie mit einem Fehlerkoeffizienten.

Wie in dem Schritt 2 angegeben sind m und n Indizes. ("Modulo 8" bedeutet, daß die höchste benutzte Zahl 8 ist, so daß, wenn n = 6, m nicht 10 sondern 2 ist. 9 wird 1, 10 wird 2, 11 wird 3 und 12 wird 4. Eine Küchenuhr könnte als "modulo 12" betrachtet werden. Die höchste benutzte Zahl ist 12. Das Addieren von 4 Stunden zu 11 Uhr ergibt nicht 15 Uhr, sondern 3 Uhr. Die "8" in "modulo 8" bezieht sich auf 8 Zähne.) Z. B., wenn m = 1, dann gilt n = 5, und somit wird bei 8 Zähnen ein Fehlerkoeffizient für den Zahn entgegengesetzt zu dem Zahn, der gegenwärtig die Signalspeicher 48 und 51 in Fig. 1 lädt, berechnet. Das ist von Bedeutung während Beschleunigungen und wird ausführlicher am Ende der ausführlichen Beschreibung erläutert. Der Fehlerkoeffizient wird durch die in dem Schritt 2 angegebene Gleichung berechnet. Die Gleichung bewirkt, daß das Zeitintervall für den entgegengesetzten Zahn in bezug auf ein Achtel des Zeitintervalls für eine volle Umdrehung normalisiert wird. Wenn beispielsweise das Zahnrad perfekt hergestellt und aus perfektem Material wäre und wenn die Propellerdrehzahl konstant wäre, würden alle Δ T's in dem Schritt 1 identisch sein. Wenn die Zeit für eine volle Umdrehung 8 Einheiten betrüge, dann wäre jedes Δ T gleich 1 Einheit, und der Fehlerkoeffizient in dem Schritt 2 wäre eins.

Wenn jedoch das Zeitintervall Δ T(1) in Fig. 5A 3/4 Einheiten wäre und das Zeitintervall Δ T(2) wäre 1-1/4 Einheit, dann wäre der Fehlerkoeffizient für den Zahn 1 gleich 3/4 gemäß der Gleichung in dem Schritt 2 (Die Δ T's sind bezogen auf Linien 99, die durch die Mittelpunkte der Zähne verlaufen, statt durch die Flanken, um die Darstellung zu vereinfachen.) Der Fehlerkoeffizient ist ein Verhältnis des tatsächlichen Zeitintervalls Δ T(1) in Fig. 5A zu einem idealisierten Zeitintervall Δ T(ID) bei konstanter Drehzahl. Δ T(ID) würde aus perfekter Geometrie und perfekter Zusammensetzung resultieren. Δ T(ID) wird abgeschätzt, indem ZEIT (volle Umdrehung) durch 8 dividiert wird, wie es Fig. 5A zeigt.

Die Fehlerkoeffizienten werden in dem Schritt 4 benutzt, aber zuerst stellt der Mikroprozessor 66 fest, ob ein Unterdrehzahlzustand in dem Schritt 3 vorhanden ist. Eine solche Unterdrehzahl ist der Triebwerksleerlauf. Eine weitere Unterdrehzahl tritt während des Anlaufs auf. Wenn der Unterdrehzahlzustand vorhanden ist, werden sämtliche Fehlerkoeffizienten auf eins re-initialisiert. Ein Grund für das Reinitialisieren der Koeffizienten auf eins ist, daß bei einer so niedrigen Drehzahl eine hohe Genauigkeit für die Propellerdrehzahlmessungen nicht erforderlich ist. Außerdem dürfte der Anlauf eine logische Zeit sein, die Variablen, beispielsweise die Fehlerkoeffizienten, auf Nennwerte, wie beispielsweise eins, zu setzen. Weiter setzt der 64 K-Bereich des Zählers 57 eine Grenze für die niedrigste Drehzahl, bei der man messen kann. Die Fehlerkoeffizienten sind daher bei Drehzahlen unter dem Grenzwert nutzlos, weil die Drehzahl nicht berechnet wird. Diese Erläuterung wird kurz verlassen, um einige Probleme bezüglich der Drehzahlmessung bei niedrigen Geschwindigkeiten zu betrachten, und zwar beginnend mit einer Bezugnahme auf Fig. 6.

Fig. 6 zeigt eine Impulsfolge 101, die durch den Zähler 57 in Fig. 1 erzeugt wird. Das Ausgangssignal des Zählers 57 kann, obgleich es sich um eine tatsächlich konstant ändernde Binärzahl handelt, für diese Erläuterung als der Impulsfolge 101 in Fig. 6 äquivalent angesehen werden, in der die Impulse wie dargestellt jeweils 1/2 000 000 s getrennt sind. Wenn der Impuls 103, der durch den Strobe 42 erzeugt wird, welcher dem Vorbeigang eines Zahns 45 in Fig. 1 entspricht, von dem folgenden Impuls 105 um eine Strecke getrennt ist, die gleich oder größer als 64K × 1/2 000 000 s ist, kann der Mikroprozessor 66 den Impuls 105 nicht von einem Impuls 107 unterscheiden, der exakt ein T _roll früher auftritt. Beide Impulse 105 und 107 bieten den Signalspeichern 48 und 51 auf dem Bus 54 dieselben Echtzeitdaten dar. Die Drehzahl, die auf der Basis der Impulse 103 und 107 berechnet wird, würde dieselbe sein wie die Drehzahl, die auf der Basis der Impulse 103 und 105 berechnet wird, der Impuls 105 stellt jedoch eine niedrigere tatsächliche Drehzahl dar.

Eine weitere Erläuterung dessen ist, daß die Strobe-Impulse 103 und 105 enger sein müssen als 64 K Zählerimpulse in der Folge 101, um die Drehzahl korrekt zu berechnen. In dem Fall von 8 Zähnen, eines 64 K-Zählers und einer Taktfrequenz von 2 MHz beträgt die niedrigste meßbare Drehzahl 228,7 U/min, die folgendermaßen berechnet wird. T _roll ist das maximale Zeitintervall zwischen zwei Zähnen.

Für ein Rad mit 8 Zähnen entspricht T _roll 228,7 U/min

Diese Beschränkung könnte eliminiert werden, indem ein Zähler mit mehr als 16 Bits, beispielsweise ein 32-Bit- oder ein größerer Zähler benutzt wird, der weniger häufig überrollt, wodurch das Zeitintervall T _roll in Fig. 6 vergrößert wird, was aber größere Kosten sowie möglicherweise Hardware-Verfügbarkeitsprobleme verursachen würde.

Diese Beschränkung der Drehzahlmessung, die vorstehend erläutert ist, setzt voraus, daß die Daten in dem RAM 70 ständig fortgeschrieben werden. Wenn jedoch das Fortschreiben nicht kontinuierlich erfolgt, sondern periodisch, ergibt sich eine andere Grenze. Die andere Grenze resultiert hauptsächlich aus der Tatsache, daß der mit einem Takt von 2 MHz laufende Zähler 57 in bezug auf den Takt, mit dem der Mikroprozessor 66 läuft, asynchron sein kann, was nun erläutert wird.

Es gibt ein größeres Steuersystem (das "Hauptsteuersystem", das nicht dargestellt ist) für das Triebwerk und das Flugzeug, bei dem die Propeller 15 und 18 vorgesehen sind. Der Leser braucht sich mit dem Hauptsteuersystem nicht zu befassen, mit der Ausnahme, daß er wissen muß, daß ein größeres Computerprogramm (das "Hauptprogramm") für das Hauptsteuersystem alle 10 ms von Anfang bis Ende laufen muß. Das bedeutet, daß sich das Hauptprogramm alle 10 ms wiederholt, was durch Pfeile 150 in Fig. 7 gezeigt ist. Die Pfeile 150 zeigen die Starts des Hauptprogramms. Das 10-ms-Erfordernis ergibt sich durch Faktoren, die nicht in Beziehung zur Erfindung stehen.

Das Programm von Tabelle 1 (das "Drehzahlprogramm") läuft in dem Hauptprogramm alle 4, 8 und 10 ms während jedes Laufes des Hauptprogramms. Das Drehzahlprogramm kann als ein Unterprogramm des Hauptprogramms angesehen werden. Die Läufe des Drehzahlprogramms sind als Linien 155 in Fig. 7 dargestellt. Die Zeit, die für einen Lauf des Drehzahlprogramms erforderlich ist, ist kurz und beträgt 50 µs, wobei eine Mikrosekunde 1/1 000 000 einer Sekunde ist. Diese Zeit ist so viel kürzer als die 10 ms (d. h. 10/1000 s) -Intervalle zwischen den Starts 150 des Hauptprogramms, daß die Laufzahl des Drehzahlprogramms in Fig. 7 nicht maßstäblich gezeichnet werden kann. Die Laufzeit ist zu kurz. Die Laufzeit würde beispielsweise in dem 50-µs-Intervall zwischen den Zeiten 49,975 und 50,025 auftreten, die in Fig. 7 gezeigt sind. Eine solche Zeitlänge wäre bei dem gezeigten Maßstab für das unbewaffnete Auge unsichtbar.

Deshalb läuft das Drehzahlprogramm alle 4, 8 und 10 ms während jedes Laufes des Hauptprogramms. Die Läufe des Drehzahlprogramms sind so schnell, daß sie in dem Maßstab von Fig. 7 als augenblicklich betrachtet werden können. Sie können auch als augenblicklich in bezug auf T _roll betrachtet werden, die 32,8 ms beträgt. Jeder Lauf des Drehzahlprogramms aktualisiert den RAM 70 in Fig. 7, was oben erläutert worden ist. Der asynchrone Aspekt des Zählers 57 und des Mikroprozessors 66 wird nun betrachtet.

Vier T _roll sind gezeigt, beginnend bei 0, 4, 8 und 10 ms. Der Zähler 57 in Fig. 1 kann bei irgendeinem dieser Punkte oder bei irgendeinem Punkt dazwischen bei null starten (d. h. überrollen oder "rollover"). Somit sind in einem Sinn der Zähler 57 und der Mikroprozessor 66 asynchron: die Startzeit 150 für das Hauptprogramm fällt nicht notwendigerweise mit dem Start von T _roll zusammen und außerdem hat die Startzeit 150 keine festgelegte, bekannte Beziehung zu dem Start von T _roll . In dieser asynchronen Situation hat die Untersuchung der Erfinder zu folgendem Schluß geführt: abgesehen von einer weiter unten angegebenen Ausnahme muß die folgende Beziehung zwischen den Läufen 155 des Drehzahlprogramms vorhanden sein.

Der Drehzahlprogrammlauf unmittelbar vor dem Auftreten eines Strobe wird mit FIRST bezeichnet. Der anschließende Drehzahlprogrammlauf 155 nach dem nächsten Strobe wird als LAST bezeichnet. Das heißt, die Sequenz ist die folgende: FIRST tritt auf, dann tritt ein Strobe auf, dann null oder mehr Zwischendrehzahlläufe, dann tritt ein zweiter Strobe auf, dann tritt LAST auf. In Fig. 7 kann FIRST der Lauf 155 bei 4 ms sein, der Strobe kann im Punkt 157 auftreten, und LAST wäre deshalb der Lauf bei 28 ms.

Die Erfinder haben geschlossen, daß sowohl FIRST als auch LAST innerhalb desselben T _roll auftreten müssen, um zu garantieren, daß das in Verbindung mit Fig. 6 erläuterte Problem vermieden wird. Anders ausgedrückt, wenn FIRST und LAST nicht innerhalb desselben T _roll sind, dann ist es nicht gewiß, daß die Zahlen in den Signalspeichern 48 und 51 Daten liefern, aus denen die Drehzahl genau berechnet werden kann. Fig. 8 veranschaulicht dieses Problem.

Die Strobes 157 A und 157 B bewirken, daß der Signalspeicher 51 in Fig. 1 mit einer Zahl beladen wird, beispielsweise 3935. Dann bewirkt in einem Fall ein späterer Strobe 157 C in Fig. 8, der mehr als ein T _roll weg ist, daß eine zweite Zahl, beispielsweise 5986, in den Signalspeicher 51 geladen wird. In einem weiteren Fall kann ein Strobe 157 D den Signalspeicher 51 mit einer identischen Zahl (5986) laden, weil der Zähler 57 in dem Punkt 159 übergerollt ist. Daher würde das Drehzahlprogramm dieselbe Zahl (5986 in beiden Fällen) sehen, aber diese Zahl repräsentiert völlig verschiedene Δ T's, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Das Erfordernis, daß sowohl FIRST als auch LAST innerhalb desselben T _roll auftreten, eliminiert diesen Fehler, der durch die unterschiedlichen Δ T's verursacht wird.

Man kann nun untersuchen, welches die niedrigste Propellerdrehzahl ist, die unter den soeben beschriebenen Umständen gemessen werden kann, nämlich einem T _roll von 32,8 ms, einer asynchronen Wiederholung des Hauptprogramms alle 10 ms und einem Lauf des Drehzahlprogramms alle 4, 8 und 10 ms innerhalb jeder Wiederholung des Hauptprogramms.

Eine Antwort auf diese Frage ergibt sich aus dem Vor- und Zurückschieben von T _roll zwischen den vier Positionen T _roll(1)-T _roll(4), die in Fig. 7 gezeigt sind, bei der Suche nach der Position von T _roll , die die kleinste Zahl von Drehzahlprogrammläufen zwischen FIRST und LAST ergibt. Wenn beispielsweise der Lauf bei 0 ms als innerhalb von T _roll(1) betrachtet wird und dieser Lauf FIRST ist, dann tritt LAST bei 30 ms auf. Die Zwischendrehzahlprogrammläufe sind bei 4, 8, 10, 14, 18, 20 und 28 ms, was insgesamt 8 Zwischenläufe ergibt. Wenn man eine ähnliche Untersuchung für die übrigen T _roll durchführt, gewinnt man die Daten in Tabelle 2.

Tabelle 2 zeigt, daß die kleinste Zahl von Zwischenläufen des Drehzahlprogramms gemäß der vorletzten Spalte rechts 8 beträgt. Wenn die Daten in dem Signalspeicher 51, die während eines Drehzahlprogrammlaufes abgelesen werden, sich innerhalb von acht oder weniger Läufen des Drehzahlprogramms ändern, dann wird deshalb angenommen, daß FIRST und LAST beide während desselben T _roll auftreten. Wenn die Daten in einem Signalspeicher 51 für mehr als acht aufeinanderfolgende Drehzahlprogrammläufe 155 ungeändert bleiben, dann wird angenommen, daß FIRST und LAST außerhalb desselben T _roll auftreten und daß deshalb die beiden Strobes außerhalb desselben T _roll aufgetreten sein können.

Der Leser wird bemerken, daß der Grenzwert von acht ungeänderten Signalspeicherablesungen bewirkt, daß die Zeile 3 in Tabelle 2 modifiziert wird. Wenn das tatsächliche T _roll , das auftritt, T _roll(3) in Fig. 7 ist, dann tritt LAST tatsächlich bei 38 ms und nicht bei 40 ms wie in Zeile 3 auf, weil eine Signalspeicheränderung nach 38 ms auftritt, obgleich es, obwohl es andernfalls als ein LAST gilt, unter der Acht-Lauf- Regel des Schrittes 3 in Tabelle 1, nicht benutzt wird. Diese Modifizierung der Zeile 3 ist eine Konsequenz der Asynchronität. Obgleich LAST bei 40 ms mit T _roll(3) auftritt, weiß man nicht, ob T _roll(3) tatsächlich das auftretende T _roll ist. Es könnte T _roll(1) sein. Daher wird jeder Drehzahllauf im Anschluß an acht Läufe der ungeänderten Signalspeicherdaten tatsächlich außer Betracht gelassen.

Die Mindestdrehzahl, die unter der Acht-Lauf-Regel immer gemessen werden kann, läßt sich leicht berechnen, nachdem die Regel gewonnen worden ist. Diese Drehzahl steht in Beziehung zu dem kleinsten Δ T, das zwischen zwei Strobes auftreten könnte, die durch acht Zwischenprogrammläufe getrennt sind. Dieses Δ T ist die Differenz zwischen dem ersten Zwischenprogrammlauf und dem letzten, das heißt 28 - 4 = 24 ms für den Fall 1 in Tabelle 2. Aus Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß das Minimum 22 Millisekunden (Fall 2) ist. Auf dieselbe Weise wie in Gleichung 2 für ein Rad mit acht Zähnen berechnet ergibt sich die Drehzahl 340,9 U/min.

Wenn kein Unterdrehzahlzustand vorhanden ist, was durch die Acht-Lauf-Regel bestimmt wird, dann berechnet der Schritt 4 die gegenwärtige Drehzahl. Wie der Klammerausdruck zeigt, wird die Drehzahl durch FEHLER (m) eingestellt, um alle Fehler in der Zahnpositionierung, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, zu berücksichtigen. Als Beispiel sei angenommen, daß die volle Zeit einer Umdrehung 160 000 Zählungen ist (d. h. 1/8 Umdrehung pro 20 000 Zählungen), aber daß die Zeitintervalle Δ T(1) und Δ T(2) in Fig. 5A 15 000 bzw 25 000 Zählungen sind. Die Fehlerkoeffizienten in dem Schritt 2 für die Zähne 1 und 2 werden 3/4 bzw. 1-1/4 sein. Daher wird in dem Schritt 4 die auf der Basis von Δ T(1) berechnete tatsächliche Drehzahl sein

Das heißt, obgleich das Zeitintervall, das tatsächlich gemessen wurde, 15 000 Zählungen statt 20 000 Zählungen betrug, gestatten die Fehlerkoeffizienten das Berechnen der tatsächlichen Propellerdrehzahl im stationären Zustand.

Während Beschleunigungen und Verzögerungen wird jedoch die in dem Schritt 4 berechnete Drehzahl etwas von der tatsächlichen Drehzahl verschieden sein. Die Differenz wird eine Funktion der relativen Differenz zwischen der Größe der Propellerbeschleunigung und der Rechengeschwindigkeit des Mikroprozessors 66 sein, oder, einfacher ausgedrückt, wird davon abhängen, wie oft pro Sekunde der Schritt 4 in bezug auf das Beschleunigungstempo der Propeller ausgeführt wird. Die Erfinder haben eine Simulation durchgeführt, bei der der Schritt 4 mit der Geschwindigkeit von 300 pro Sekunde ausgeführt wurde und die Propeller mit einer maximalen Geschwindigkeit von 393 U/min pro Sekunde beschleunigt wurden. Fig. 9 ist ein Diagramm der gemessenen Propellerdrehzahl CSPD und des Meßfehlers TERR, und zwar beide in U/min. Der Meßfehler ist klein und überschreitet nie 1 U/min. Zum Vergleich zeigt Fig. 10 dieselbe Simulation, bei der sämtliche Fehlerkoeffizienten auf 1 festgelegt sind (d. h. unter Weglassung des Berechungsschrittes 2). Die Fehler überschreiten 10 U/min. Das demonstriert die Wirksamkeit der Fehlerkoeffizienten.

Bei der vorangehenden Erläuterung ist angenommen worden, daß einzelne Aufnahmespulen 33 und 36 in Fig. 1 für jedes Zahnrad 27 und 30 benutzt werden. Es kann jedoch erwünscht sein, jeweils eine zweite Reservespule 110 und 113 zusammen mit Reservesignalspeichern 115 vorzusehen. Die Erfinder geben hier an, daß unter Verwendung der Reservesensoren 110 und 113 nun vier Drehzahlen berechnet werden: der Schritt (5) wird für jeden der vier Sensoren ausgeführt. Die Sensoren (d. h. die Spulen 36 und 113) für den Propeller 15 sind in Tabelle 1 als Sensoren A 1 und A 2 bezeichnet, und ebenso für den Propeller 18 als Sensoren B 1 und B 2. Der Schritt 5 prüft die Sensoren auf richtiges Arbeiten. Der Begriff "Sensor A 1" ist eine Abkürzung für "die auf der Basis des Sensors A 1 berechnete Drehzahl". 5.1 untersucht, ob die Drehzahlen, die durch beide Sensoren für einen bestimmten Propeller ausgegeben werden, ausreichend gleich sind; in diesem Fall also innerhalb von 40 U/min voneinander liegen. Wenn dem so ist, wird die Drehzahl als der Mittelwert der beiden Drehzahlen genommen, und ein Flag für jeden Sensor wird rückgesetzt, was anzeigt, daß beide Sensoren gut sind. Ein Flag kann irgendein Typ von Speichervorrichtung sein, beispielsweise ein Speicherplatz in dem RAM.

Wenn die Differenz der Drehzahlen außerhalb des Bereiches von 40 U/min liegt, wird der Schritt 5.2 ausgeführt. Der Schritt 5.2 untersucht zuerst, ob beide Drehzahlen des anderen Propellers (des hinteren Propellers in diesem Beispiel) auf der Basis des Schrittes 5.1 "gut" sind: d. h. innerhalb von 40 U/min voneinander sind. Die Schritte 5.2.1 und 5.2.2 geben ausführlicher die folgende Untersuchung an: das Feststellen, welcher der Sensoren A 1 und A 2 (für den vorderen Propeller 15) weicht mehr von der Drehzahl (z. B. "hintere Drehzahl") ab, die durch das Abfühlsystem des anderen Propellers angegeben wird? (Die hintere Drehzahl ist die Drehzahl, die für den hinteren Propeller in dem Schritt 5.1 berechnet wird.) Der Sensor mit der kleinsten Abweichung wird als guter Sensor genommen. Wenn der Schritt 5.2 zeigt, daß beide Sensoren B 1 und B 2 nicht "gut" sind (d. h. die "hintere Drehzahl" ist keine zuverlässige Beurteilung), dann wird der Schritt 5.3 ausgeführt. Der Schritt 5.3 fragt, welcher Sensor zeigt die niedrigere Drehzahl an? Der Sensor, der die niedrigere Drehzahl angibt, wird gewählt, weil die Erfinder es als zu bevorzugen ansehen, die Propeller 15 und 18 im Falle eines Sensorausfalls mit Über- statt mit Unterdrehzahl zu betreiben. Das Wählen des Sensors mit der niedrigeren Drehzahl bewirkt, daß die Propellerdrehzahlsteuerausrüstung (hier nicht erläutert) glaubt, daß die Propeller langsamer als richtig laufen, und die Ausrüstung versucht daher, die Propeller zu beschleunigen, wodurch diese mit Überdrehzahl betrieben werden.

Der Schritt 6 ist eine doppelte Prüfung. Ein gemeinsamer Ausfall von allen vier Sensoren, beispielsweise ein elektrischer Ausfall der Erregerschaltung (nicht dargestellt), kann bewirken, daß in dem Schritt 5 Gut-Flags für alle vier gesetzt werden. Der Schritt 6 verhindert das. Die "WENN"-Feststellung am Beginn hat drei Zustände. (1) Die Kerndrehzahl muß 10 000 U/min überschreiten. (Die Kerndrehzahl bezieht sich auf die Drehzahl der Hochgeschwindigkeitsturbine eines Gasturbinentriebswerks, die die Propeller antreiben kann.) (2) Die Abweichung der tatsächlichen Steigung des Propellers 15 von der vorgegebenen Steigung muß kleiner als 3° sein, und demgemäß muß (3) die Steigungsabweichung des Propellers 18 kleiner als 3° sein. Das Vorhandensein dieser Bedingungen zeigt, daß das Propellersystem unter Leistungsbedingungen arbeitet. Unter diesen Triebwerks- und Steigungsbedingungen wird es als äußerst unwahrscheinlich angenommen, daß einer der Propeller mit weniger als 350 U/min arbeiten würde. Wenn eine Ablesung von 350 U/min oder weniger erfolgt, wird deshalb der Sensor, der diesen Meßwert liefert, als fehlerhaft angesehen, und ein Flag wird entsprechend gesetzt.

Bis hierher ist nur das Abfühlen der Drehzahl betrachtet worden. Bei einem System gegenläufiger Propeller kann jedoch auch das Abfühlen des Phasenwinkels zwischen den Propellern erwünscht sein. Die Phase wird mit Bezug auf Fig. 2 definiert. Fig. 2 zeigt schematisch eine Endansicht von zwei koaxialen Propellern. Die Blätter eines Propellers sind als Quadrate 120 dargestellt, und die Blätter des anderen Propellers sind durch Kreise 123 dargestellt. Der Phasenwinkel ist der Winkel 125 zwischen einem Blatt an einem Propeller und dem nächsten Blatt an dem anderen Propeller im Uhrzeigersinn, aber gemessen in dem Augenblick, in welchem das Blatt 123 in einer vorbestimmten Position ist, beispielsweise in der gezeigten 12- Uhr-Position. Der tatsächliche Winkel 125 wird sich selbstverständlich ständig ändern, weil die gegenläufigen Propeller gegeneinander bewegt werden. Wenn jedoch zu der soeben beschriebenen vorbestimmten Zeit gemessen wird und die Propeller mit identischen, konstanten Drehzahlen arbeiten, wird der Phasenwinkel eine meßbare Konstante sein.

Der Phasenwinkel beschreibt in Wirklichkeit die Kreuzungspunkte der Propellerblätter im Raum. Wenn sich beispielsweise die Blätter 123 A und 120 A mit identischen Drehzahlen bewegen, werden sie sich ungefähr im Gebiet 130 kreuzen. Aus akustischen und anderen Gründen ist es manchmal erwünscht, diesen Kreuzungspunkt zu kontrollieren, beispielsweise durch Bewegen des Gebietes 130 in das Gebiet 133 in Fig. 2.

Gemäß der Erfindung wird der Phasenwinkel in dem Schritt 7 gemessen. Es wird angenommen, daß der Schritt 7 aus sich heraus verständlich ist. Tatsächlich ist der Schritt 7 das Verhältnis von zwei Zeitintervallen. Die Intervalle können durch Bögen 125 und 135 in Fig. 3 dargestellt werden. Der Bogen 125 repräsentiert die Länge der Zeit, die das Blatt 120 A in Fig. 2 benötigt, um sich von dem Punkt 137 zu dem Punkt 139 zu bewegen. Ebenso repräsentiert der Bogen 135 (der ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist) das Zeitintervall, welches das Blatt 123 A benötigt, um sich von dem Punkt 141 zu dem Punkt 144 zu bewegen. Das Verhältnis der beiden Bögen (oder Winkel) ist die Phase.

Der Grund dafür, daß dieses Verhältnis den Phasenwinkel angibt, ist, daß es die Relativposition des Blattes 120 in Fig. 2 in bezug auf das Blatt 123 A angibt, wenn das Blatt 123 A in einer vorbestimmten Position ist, beispielsweise in der gezeigten 12:00-Position. Wenn das Blatt 120 A näher bei dem Blatt 123 A ist (der Winkel 125 also kleiner ist), dann wird die Phase in dem Schritt 7 kleiner sein. Das Umgekehrte gilt ebenfalls.

Der Phasenwinkel, der in dem Schritt 7 gemessen wird, gibt tatsächlich an, welchen Prozentsatz des Winkels 135 der Winkel 125 in Fig. 3 darstellt, Je größer der Prozentsatz ist, um so näher ist das Blatt 120 A in Fig. 2 dem Punkt 144, wenn das Blatt 123 A in der 12:00-Position ist. Deshalb gibt der Phasenwinkel die Relativposition des Blattes 120 A an, wenn das Blatt 123 A in der 12:00-Position ist.

Vorstehend ist eine Erfindung beschrieben worden, bei der die Drehzahl eines Flugzeugpropellers viele Male pro Umdrehung berechnet wird. Die Erfindung beinhaltet einen Tachometer. Beispielsweise bei 1200 U/min dauert eine Umdrehung 50 ms (0,050 s). Unter der Taktgebung nach Fig. 7 treten 16 Drehzahlprogrammläufe zwischen 0 und 50 ms auf: die Drehzahl wird sechzehnmal pro Umdrehung berechnet. Gemäß der Erfindung kann diese Drehzahl bei einem Paar gegenläufiger Flugzeugpropeller berechnet werden. Weiter wird gemäß der Erfindung auch der Phasenwinkel der gegenläufigen Propeller mit derselben Geschwindigkeit von sechzehnmal pro Umdrehung berechnet. Gemäß der Erfindung werden daher der Flugzeugcomputer und der Pilot mit Leistungsdaten versorgt, die nahezu augenblicklich mit der Messung der Δ T's geliefert werden.

In der Beschreibungseinleitung wurde angegeben, daß es erwünscht sein kann, zu wissen, wann das Blatt Nr. 1 sich in der 1:30-Uhr-Position befand. Das kann festgestellt werden, indem ein Zähler (nicht dargestellt) addiert wird, der die Überrollzustände (rollovers) des Zählers 57 zählt. Ein zweiter Satz Speicherplätze zusätzlich zu dem RAM 70 kann benutzt werden, um die Daten zu speichern, die dem zweiten Zähler entnommen werden. Der Mikroprozessor 66 würde dann den zweiten Zähler bei jeder Ablesung der Signalspeicher 48 und 51 ablesen und beide Zählewerte in dem Paar Speicherplätze für den bewußten Zahn 45 speichern. Beispielsweise würde eine Ablesung von 5 an dem Rollover-Zähler, wenn ein Signalspeicher einen Wert 12 000 enthält, anzeigen, daß der Zahn, der den Signalspeicher veranlaßt, 12 000 zu laden, die Spule 36 in der Echtzeit von 164,006 ms passiert hat (164,006 = 5 × 32,8 ms + 12 000/2 000 000 × 32,8 ms).

Es ist eine Erfindung beschrieben worden, gemäß der die Δ T's gemessen werden, indem eine magnetische Aufnahmespule 36 in Fig. 1 benutzt wird. Eine Alternative wäre die Verwendung eines an sich bekannten optischen Aufnehmers zum Abfühlen der Markierungsvorbeigänge.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 5A erläutert werden. Wie oben dargelegt wird bei konstanter Drehzahl eine Abweichung eines Zahns von seiner beabsichtigten Position bewirken, daß das gemessene Δ T von dem idealisierten Δ T abweicht. Diese Abweichung wird benutzt, um einen Fehlerkoeffizienten in dem obigen Schritt 2 zu berechnen. Dann, später, wenn ein Zeitintervall wieder auf der Basis des abweichenden Zahns gemessen wird, kann die tatsächliche Drehzahl aus dem gemessenen (d. h. nicht idealisierten) Zeitintervall und dem Fehlerkoeffizienten berechnet werden. In gewissem Sinn wird das idealisierte Δ T aus dem gemessenen Δ T regeneriert.

Die Erfindung arbeitet wie in dem folgenden Beispiel. Es sei angenommen, daß die Quadrate 170 in Fig. 12 in Wirklichkeit die Zähne (d. h. die Markierungen) 45 in Fig. 1 sind. Es sei weiter angenommen, daß der Winkel zwischen sämtlichen benachbarten Markierungspaaren 45° beträgt, daß aber die Markierung 170 B so verlagert ist, daß der Winkel zwischen den Markierungen 170 B und 170 C 20° beträgt, wogegen der Winkel zwischen den Markierungen 170 A und 170 B 70° beträgt. Der Gesamtwinkel zwischen den Markierungen 170 A und 170 C beträgt daher 90°. Es sei ferner angenommen, daß die Zeit einer Umdrehung bei konstanter Drehzahl acht Sekunden beträgt. Mit diesen Annahmen beträgt Δ T(ID) eine Sekunde und die gemessenen Δ T's werden jeweils eine Sekunde betragen, mit zwei Ausnahmen. Die Markierungen 170 B und 170 C haben ein Δ T von 20/45 × 1 Sekunde, wogegen die Markierungen 170 A und 170 B ein Δ T von 70/45 × 1 Sekunde haben. Die Fehlerkoeffizienten vergleichen die gemessenen Δ T's mit dem idealisierten Δ T. Die Fehlerkoeffizienten gestatten, die tatsächlichen Winkel zwischen den Markierungen auf wenigstens zwei Wegen zu ermitteln: (1) der Fehlerkoeffizient für den Winkel von 20° beträgt 20/45. Es ist bekannt, daß das idealisierte Δ T einen Winkel von 45° darstellt, weshalb der tatsächliche Winkel der Fehlerkoeffizient mal dem idealisierten Winkel ist: 20/45 × 45 = 20. Der gesamte Satz von Markierungen beschreibt einen Kreis, der 360° umfaßt. Das Δ T für das 20°-Intervall war 20/45 s. Da der gesamte Kreis acht Sekunden repräsentiert, werden 20/45 × 360/8 oder 20° als Winkel ermittelt.

Die Kenntnis des Winkels zwischen den Markierungen gestattet, die Drehzahl auf der Basis der Δ T's zu berechnen. In dem obigen Beispiel gestattet das Δ T zwischen den Markierungen 170 B und 170 C von 20/45 s das Berechnen der Drehzahl: 20/45 s für 20° Bewegung entsprechen 1/45 s für 1° oder 360/45 (nämlich acht Sekunden) für den gesamten Satz von Markierungen über 360°, was sich mit der angenommenen Drehzahl deckt.

Nachdem die Fehlerkoeffizienten festgelegt worden sind, werden daher die tatsächlichen Winkelpositionen der Markierungen bekannt. Dann kann aus einem einzigen Δ T die Drehzahl abgeleitet werden. Das gilt im Prinzip auch bei einer grob schräggestellten Verteilung der Markierungen, die in Fig. 12 gezeigt ist. Wenn die Fehlerkoeffizienten vorliegen, die die Daten über den Winkelabstand der Markierungen enthalten, kann man die Winkelgeschwindigkeit des Propellers berechnen, und zwar allein auf der Basis des gezeigten Δ T. Eine volle Umdrehung wird nicht benötigt, und tatsächlich kann die Drehzahl mehrmals während einer Umdrehung berechnet werden, was eine sehr aktualisierte Information liefert.

Die Erfindung kann als das Bilden und Speichern einer Sammlung von Daten einschließlich der Δ T's und der für eine Gesamtumdrehung verstrichenen Zeit, aus der die Markierungspositionen berechnet werden können, betrachtet werden. Ein Modell des Meßrades wird sozusagen in dem RAM erzeugt.

Diese Erläuterung hat nur die Auswirkung der Positionen der Markierungen auf die Δ T's berücksichtigt. Weiter oben ist jedoch in Verbindung mit den Fig. 5 und 5A bereits festgestellt worden, daß nicht nur die Position, sondern auch die Geometrie und die Zusammensetzung der Markierung in den Δ T's enthalten sind. Die Δ T's, die gemäß der Erfindung gemessen werden, haben daher nicht notwendigerweise eine klare Beziehung zu den Zähnen oder Flanken 90, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Δ T's haben jedoch tatsächlich eine beständige Beziehung zu den Flanken 90. Beispielsweise kann Δ T(1) in Fig. 5 für die Zähne 9 A und 9 B gemessen werden. Δ T(1) endet nicht mit der Flanke 93, sondern an der gestrichelten Flanke 90. Das bringt kein Problem mit sich, weil dieses Δ T im allgemeinen immer an der gestrichelten Flanke 90 enden wird. Daher legen die Δ T's nicht den tatsächlichen geometrischen Winkelabstand zwischen benachbarten Zähnen fest, sondern vielmehr die Winkel zwischen den "effektiven" Orten von benachbarten Zähnen. Die gestrichelte Flanke 90 ist ein solcher "effektiver" Ort.

Bereits weiter oben ist in Verbindung mit der Erläuterung des Schrittes 2 angegeben worden, daß die Fehlerkoeffizienten für das Blatt berechnet werden, das zu dem entgegengesetzt ist, welches gerade einen Signalspeicher geladen hat. Ein Grund dafür wird an einem Beispiel erläutert.

Es sei angenommen, daß der letzte Zahn, der vorbeigegangen ist, der Zahn Nr. 8 war, und daß Δ T(8) gerade berechnet worden ist. Es gilt deshalb n = 8. Es sei außerdem angenommen, daß eine Verzögerung auftritt, die durch ständig zunehmende Δ T's dargestellt wird, wie es Tabelle 3 zeigt.
Δ T(1) = 12 1001 = (n+1) modulo 8 Δ T(2) = 12 2002 = (n+2) modulo 8 Δ T(3) = 12 3003 = (n+3) modulo 8 Δ T(4) = 12 4004 = (n+4) modulo 8 Δ T(5) = 12 5005 = (n+5) modulo 8 Δ T(6) = 12 6006 = (n+6) modulo 8 Δ T(7) = 12 7007 = (n+7) modulo 8 Δ T(8) = 12 800n

Deshalb gilt in diesem Beispiel

Zeit (volle Umdrehung)/8 = 99 600/8 = 12 450.

Das ist das geschätzte Δ T(ID).

Wie oben dargelegt sind die Fehlerkoeffizienten in Wirklichkeit ein Verhältnis des tatsächlichen Δ T zum Δ T(ID). Es wurde außerdem angegeben, daß Δ T(ID) aus acht aufeinander folgenden Δ T's abgeschätzt wird. Weiter, die Drehzahl wird in dem Schritt 4 aus einzelnen Δ T's berechnet (vielleicht mehrere Male pro Umdrehung). Die Erfinder haben festgestellt, daß während einer konstanten Beschleunigung oder einer konstanten Verzögerung das Addieren von 4 oder 5 zu dem Index in dem Schritt 2 eine genauere Drehzahlberechnung aus einem einzelnen Δ T ergibt, weil es einen besseren Fehlerkoeffizienten durch ein besser geschätztes Δ T(ID) ergibt. Das ist in Tabelle 3 in der rechten Spalte gezeigt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Messen der Drehzahl eines Flugzeugpropellers, der ein Meßrad hat, das mehrere Markierungen trägt, die während der Drehung einen Referenzpunkt passieren, gekennzeichnet durch:
a) eine Einrichtung (27, 30, 48, 51) zum Messen der Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Vorbeigängen der Markierungen (45) an den Referenzpunkten,
b) eine Einrichtung (66) zum Bestimmen des Winkelabstands zwischen benachbarten Markierungen (45) aus den Zeitintervallen, und
c) eine Einrichtung (57, 66) zum Berechnen der Drehzahl auf der Basis eines Zeitintervalls.

2. Vorrichtung zum Berechnen der Drehzahl eines Flugzeugpropellers, gekennzeichnet durch:
a) ein Meßrad (30), das mit dem Propeller (15) verbunden ist und mehrere Markierungen (45) trägt,
b) einen Sensor (36), der Strobesignale aufgrund des Vorbeigangs der Markierungen (45) erzeugt, und
c) eine Fehlerkorrektureinrichtung (66) zum Modifizieren des zwischen Strobesignalen gemessenen Zeitintervalls,
wobei die Auswirkungen von Ungleichmäßigkeiten in der Lage, der Zusammensetzung oder der Geometrie oder irgendeiner Kombination derselben in den Markierungen (45) reduziert werden.

3. Vorrichtung zum Kompensieren der Ungleichmäßigkeiten in der Taktgebung von Strobesignalen bei einem Tachometer zum Messen der Drehzahl eines Flugzeugpropellers, mit einem Meßrad (6), das Markierungen (9) trägt, welche die Strobesignale in einem Sensor (12) triggern, gekennzeichnet durch
a) eine Einrichtung (48, 51) zum Messen der Zeitintervalle zwischen den Strobesignalen,
b) eine Einrichtung (66) zum Bilden eines idealisierten Zeitintervalls,
c) eine Einrichtung (66) zum Bilden von Fehlerkoeffizienten durch Vergleichen der tatsächlichen Zeitintervalle mit dem idealisierten Zeitintervall, und
d) eine Einrichtung (66) zum Berechnen der Drehzahl des Propellers auf der Basis eines Zeitintervalls und eines der Fehlerkoeffizienten.

4. Vorrichtung zum Messen der Drehzahlen von gegenläufigen Flugzeugpropellern, gekennzeichnet durch:
a) ein erstes und ein zweites Meßrad (27, 30), die an dem ersten bzw. zweiten Propeller (18, 15) befestigt sind und jeweils eine Anzahl von Markierungen (45) tragen,
b) einen ersten und einen zweiten Sensor (33, 36) zum Erzeugen von ersten und zweiten Strobesignalen bei dem Vorbeigang von Markierungen (45) an den Sensoren,
c) eine Takteinrichtung (57) zum Liefern eines Zeitsignals,
d) einen ersten und einen zweiten Signalspeicher (48, 50) zum Empfangen des Zeitsignals und zum Speichern des Zeitsignals auf die Strobesignale hin,
e) eine Speichereinrichtung (70) zum Speichern von Daten, die aus den Signalspeichern (48, 51) gewonnen werden und aus denen die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Markierungen (45) an einem der Meßräder (27, 30) berechnet werden können,
f) eine Recheneinrichtung (66) zum

• i) Berechnen der Gesamtzeit, die für den Vorbeigang von zwei oder mehr als zwei Markierungen (45) verstrichen ist,
  ii) Berechnen von Fehlerkoeffizienten zum Modifizieren der Zeitintervalle von (e), um Unregelmäßigkeiten in der Verteilung der Markierungen (45) an einem Rad (27, 30) zu kompensieren,
  iii) Berechnen der nahezu augenblicklichen Drehzahl der Propeller (15, 18) auf der Basis der Zeitintervalle von (e) und der Fehlerkoeffizienten von (f) (ii).

5. Vorrichtung zum Messen der Drehzahlen der Propeller eines Paares gegenläufiger Propeller, gekennzeichnet durch:
a) ein erstes Meßrad (27), das mit dem ersten Propeller (18) verbunden ist und einen ersten Satz Markierungen (45) trägt, und ein zweites Meßrad (30), das mit dem zweiten Propeller (15) verbunden ist und einen zweiten Satz Markierungen (45) trägt, wobei die Verteilung jedes Satzes von Markierungen nicht notwendigerweise gleichmäßig ist,
b) einen ersten Sensor (33) zum Erzeugen eines ersten Strobesignals auf den Vorbeigang von Markierungen (45) in dem ersten Satz von Markierungen hin, und einen zweiten Sensor (36) zum Erzeugen eines zweiten Strobesignals auf den Vorbeigang einer Markierung (45) in dem zweiten Satz von Markierungen hin,
c) einen Taktgeber (57) zum Liefern eines Zeitsignals,
d) einen ersten Signalspeicher (48) zum Speichern des Zeitsignals, das bei dem Auftreten eines der ersten Strobesignale vorhanden ist, und einen zweiten Signalspeicher (51) zum Speichern des Zeitsignals, das bei dem Auftreten eines der zweiten Strobesignale vorhanden ist,
e) eine Prozessoreinrichtung (66) zum Ablesen der Signalspeicher (48, 51) von (d) und zum Speichern der festgehaltenen Zeitsignale in einer Speichereinheit (70),
f) eine Recheneinrichtung (66) zum

• i) Berechnen der gesamten verstrichenen Zeit für den Vorbeigang einer gewählten Zahl von Markierungen (45) an jedem Meßrad (27, 30),
  ii) Berechnen von Fehlerkoeffizienten, die Ungleichmäßigkeiten, falls vorhanden, in der Markierungsverteilung angeben, und
  iii) Berechnen der Drehzahlen der Propeller (15, 18) auf der Basis der gespeicherten Signale von (d) und der Fehlerkoeffizienten von (f) (ii).