DE3835663A1 - Einrichtung zum steuern eines lufteinlaufs an hochleistungsflugzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines Lufteinlaufs für Gasturbinenstrahltriebwerke an Hochleistungsflugzeugen, die für eine vom jeweiligen Flugzustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenkbar angeordnete Luftfanglippe aufweist.

Ein auf ein bestimmtes Gasturbinenstrahltriebwerk abgestimmter Luftein­ lauf dient zur genauen Zumessung der jeweils erforderlichen Luftdurch­ satzmenge bei allen Flugzuständen, wobei sich ein unzureichender Luft­ durchsatz sehr kritisch auf die Leistung und Sicherheit des Triebwerks auswirkt.

Vereinfacht gesehen ist dem Triebwerk der vorgenannten Gattung während der Startphase eine große Luftmenge zuzuführen, da bedingt durch die niedrige Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges ein zu niedriger Druck im Lufteinlauf herrscht um die erforderliche Triebwerksleistung zu errei­ chen. Ein ähnlicher Effekt tritt auf, wenn vom Flugzeug ein zu hoher An­ stellwinkel geflogen wird und z.B. durch eine Abschattung des Luftein­ laufs von diesem nur eine geringe Luftmasse pro Sekunde aufgenommen wer­ den kann.

Gegenteilig hierzu wirkt sich eine hohe Fluggeschwindigkeit bzw. eine Überschallgeschwindigkeit in einem zu hohen Druck im Lufteinlauf aus, der in diesem sehr instabile Strömungsverhältnisse produziert.

In den ersten zwei Fällen ist somit der Querschnitt des Lufteinlaufs zur Aufnahme einer ausreichenden Luftmasse zu vergrößern und im letzten Fall zu verkleinern, um das sog. Triebwerkspumpen bzw. Einlaufbrummen zu ver­ hindern.

Eine derartige Einrichtung zur Variierung des Lufteinlaufquerschnitts mittels einer an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs angeordneten geregelten Luftfanglippe ist aus der DE-PS 28 33 771 bekannt. Diese Re­ gelung der schwenkbaren Luftfanglippe erfolgt in sehr aufwendiger Weise nach variablen und unterschiedlichen Parametern, die nach entsprechenden komplizierten Steuerungs- und Regelkennfeldern nur von komplexen Gerä­ ten, wie ein Steuersignalrechner, ein Referenzrechner und von einem Ein- und Ausgangs-Funktionsrechner über eine zusätzliche umfangreiche Elektronik verarbeitet werden können. Dieser Aufwand ist sehr kostspie­ lig und weist darüber hinaus eine hohe Störanfälligkeit auf.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die eingangs ge­ nannte Steuerung derartig zu verbessern, daß auf einfache Weise und mit wenigen preiswerten und bereits an Bord vorhandenen Mitteln die Luft­ fanglippe sicher steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildende Merkmale sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin begründet, daß die teueren und störanfälligen Spezialgeräte entfallen können, die außerdem im Hochleistungsflugzeug einen hohen Platz- und Gewichtsbedarf erfordern würden. Demgemäß wird bei dieser Erfindung als Funktionsgeber auf flug­ wichtige Elemente bzw. hochqualitative und bewährte Geräte zurückgegrif­ fen, die weitgehendst ohnehin bereits im Hochleistungsflugzeug vorhanden sind und wie z.B. der Flugregler und die Signalgeber, dem automatischen Flugsteuerungssystem und dem Navigationssystem angehören. Anstatt eines aufwendigen Regelsystems mit einer komplexen Signalrückkopplung, stellt der Einsatz einer digitalen Logik (ja-nein-Signal) zur Steuerung der Luftfanglippe in eine offene oder geschlossene Position eine erhebliche Vereinfachung dar, obwohl bei Bedarf eine einfache verfeinerte Steuerung für Zwischenstellungen der Luftfanglippe möglich ist. Mit der Kombina­ tion verschiedener - zumeist ohnehin für die Flugsteuerung generierten Signale für die Ansteuerung der Luftfanglippe, ist zusätzlich eine hohe Redundanzmöglichkeit für den einwandfreien Triebwerksbetrieb gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels be­ schrieben und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hochleistungsflugzeuges mit einer am Lufteinlauf angeordneten Luftfanglippe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Lufteinlaufs in Seitenansicht mit der Luftfanglippe in der oberen, mittleren und unteren Posi­ tion.

Aus der Fig. 1 ist ein Hochleistungsflugzeug 16 ersichtlich, dessen Lufteinlauf 7 mit einer schwenkbaren Luftfanglippe 1 versehen ist, wobei diese in der mittleren, d.h. in einer den Einlaufboden 8 des Luftein­ laufs 7 gradlinig fortsetzenden Position dargestellt ist und als eintei­ lige oder zweiteilige Luftfanglippe 1 für beide Lufteinläufe ausgeführt werden kann. Mit 3 sind die an der Flügelvorderkante 2 angeordneten Vor­ flügeln (Slats) bezeichnet, deren nicht dargestellter Antrieb mit einem Signalgeber 4 korrespondiert. Bei 17 wird ein Triebwerksregler und bei 5 ein Flugregler angedeutet, dem ein Beschleunigungsmesser 12 und ein Fluglagenmesser 13 mit jeweils nicht dargestellten Signalgebern zugeord­ net sind. Die Fahrwerke 10, die Steuerflächen 11 und die nicht darge­ stellten Auftriebsklappen weisen ebenfalls jeweils einen Signalgeber 4 auf.

Die Fig. 2 zeigt den Lufteinlauf 7 in schematischer Seitenansicht mit der um die Querachse 15 schwenkbaren Luftfanglippe 1, die gestrichelt in der oberen (O) und unteren (U) und durchgezogen in der mittleren Posi­ tion (M) dargestellt ist. Aus der Fig. 2 geht die für die Steuerung er­ findungsgemäße Arbeitsweise hervor, die nachfolgend erläutert wird.

Einem bekannten Schwenkantrieb 6 für die Luftfanglippe 1 ist ein bekann­ ter Signalempfänger 14 zugeordnet, der entsprechend dem Signaleingang von den Signalgebern 4 der Funktionsgeber, den Schwenkantrieb 6 zur Ver­ schwenkung der Luftfanglippe 1 in die entsprechende vorgesehene Position aktiviert, wobei zunächst davon ausgegangen wird, daß sich die Luftfang­ lippe 1 in der mittleren Position (M) befindet.

Dem in einem modernen Hochleistungsflugzeug grundsätzlich vorgesehenen Flugregler 5 und Triebwerksregler 17 werden bekannterweise sämtliche flug- und triebwerkswichtigen Daten zugeführt, so daß es diesen möglich ist, ihre Funktionen automatisch durchzuführen.

Zu diesen Daten zählen nicht nur die der flugwichtigen Komponenten - wie die der Vorflügel- und Steuerflächenstellung und die flugdynamischen Da­ ten, sondern auch die physikalischen Daten, die z.B. die Außentempera­ tur, die Luftdichte etc. betreffen.

Diese Daten werden in Form von Signalen dargestellt, die in den Funk­ tionsgebern, d.h. im Flugregler 5 und/oder im Triebwerksregler 17 vor­ handen sein müssen und im diesen zur Steuerung des Flugzeuges 16 bzw. für die Regelung des Triebwerks verarbeitet werden.

Aus diesen Signalen ist von einem den Funktionsgebern zugeordenten Si­ gnalgeber 4 ein entsprechendes Signal gewinnbar, das zum Steuern der Luftfanglippe 1 dem bereits angesprochenen, mit deren Schwenkantrieb 6 korrespondierenden Signalempfänger 14 zugeleitet wird.

Wenn nun z.B. in den Funktionsgebern ein oder mehrere Signale aufzeigen, daß z.B. aufgrund eines aus einer zu niedrigen Strömungs- bzw. Flugge­ schwindigkeit oder eines Flugmanövers entstandenen niedrigen Druckes im Lufteinlauf 7, in diesem ein Luftdurchsatzmangel vorhanden ist oder vor­ handen sein müßte, muß der Lufteinlauf 7 erweitert werden. Dies ge­ schieht erfindungsgemäß dadurch, indem die Luftfanglippe 1 mittels eines entsprechenden Signals vom Signalgeber 4 von der mittleren Position (M) In die untere Position (U) gesteuert wird.

Falls im Flugregler 5 und/oder im Triebwerksregler 17 ein oder mehrere Signale auftreten, die auf einen ausreichenden oder überschüssigen Luft­ durchsatz im Lufteinlauf 7 hinweisen, werden sie von den Signalgebern 4 dahingehend umgesetzt, daß die Luftfanglippe 1 in der mittleren Position (M) belassen bzw. in die obere Position (O) für eine Verengung des Luft­ einlaufs 7 verschwenkt wird. Die Steuerung der Luftfanglippe 1 mittels den vorgenannten Funktionsgebern stellt eine sichere und einfache Ar­ beitsweise dar.

Als weiteres Ausführungsbeispiel weisen die Vorflügeln 3 oder deren nicht dargestellten Antriebe als Funktionsgeber normalerweise ebenfalls den angesprochenen Signalgeber 4 auf, dessen einfaches digitales Signal (ja-nein-Signal) den Signalempfänger 14 nun veranlassen kann, die Luft­ fanglippe 1 über deren Schwenkantrieb 6 entweder in die obere (O), oder untere (U) Position zu schwenken. Dies ist gleichfalls eine einfache Ar­ beitsweise der Luftfanglippensteuerung, die evtl. von einem einfachen Endschaltersignal des Antriebs oder des Signalgebers 4 und der Luftfang­ lippe initiiert und beendet werden kann. In diesem Beispiel gibt der Si­ gnalgeber 4 der Vorflügeln 3 dem Signalempfänger 14 an, daß diese aus Auftriebsgründen ausgefahren sind und daß die Luftfanglippe 1 in die un­ tere Position (U) zu schwenken ist, da aufgrund der niedrigen Flugge­ schwindigkeit oder des hohen Anstellwinkels das Triebwerk einen höheren Luftbedarf hat.

Das gleiche geschieht im umgekehrten Sinn, d.h. wenn die Vorflügeln 3 eingefahren werden, wird die Luftfanglippe in die mittlere (M) oder obe­ re (O) Position geschwenkt, wobei z.B. die augenblicklich optimalste Po­ sition von der Vorflügelposition (und/oder) in Verbindung mit dem Signal aus der Fluggeschwindigkeit oder aus anderen Funktionsgebern ermittelt wird. Die vom Flugregler 5 für eine augenblickliche Vorflügelposition während eines Flugmanövers ausgehenden oder empfangenen Signale können auf die gleiche Weise in eine entsprechende Schwenkbewegung der Luft­ fanglippe 1 umgesetzt werden. Es kann auch das jeweilige Signal von vie­ len anderen, für den Flug oder für die automatische Flugsteuerung oder automatische Navigation wichtigen Funktionsgebern, die ohnehin in jedem Hochleistungsflugzeug vorhanden sind, für den gleichen Zweck direkt oder über den Flugregler 5 zum Signalempfänger 14 geführt werden.

Das bedeutet beispielsweise, daß auch die einfachen Signale eingesetzt werden können, die z.B. von einem Signalgeber 4 eines oder mehrerer an der Luftfanglippe 1 oder in deren Nähe im Lufteinlauf 1 angeordneten Strömungsdrucksensoren 9 ausgehen, wodurch bei bestimmten Druckzuständen im Lufteinlauf 7, die Luftfanglippe 1 direkt oder über den Flug- bzw. Triebwerksregler 5, 17 durch ein dabei entstandenes Signal entsprechend aktiviert wird. Bei einem niedrigen Druck wird daher für eine größere Luftzufuhr die Luftfanglippe 1 in die untere Position (U) geschwenkt, bei einem ausreichendem Luftdurchsatz (etwa Normaldruck) in der mittle­ ren Position (M) belassen und bei hohem Druck (Luftüberschuß) in die obere Position (O) bewegt.

Weiterhin können die vorbestimmten Charakteristiken oder Schwellwerte der Signale folgender Funktionsgeber bzw. Meßsignale für den gleichen Zweck eingesetzt werden: Die Aus- und Einfahrstellung des Fahrwerks 10, der für bestimmte Fluggeschwindigkeiten erforderliche oder zulässige Ausschlagweg der Steuerflächen 11 oder die Aus- und Einfahrbewegung der nicht dargestellten Auftriebsklappen, die z.B. für die Trägheitsnaviga­ tion generierten Werte aus einem Beschleunigungsmesser 12 oder aus einem Fluglagenmesser 13 oder aus der Fluggeschwindigkeitsmessung und die Si­ gnale - wie bereits erwähnt - aus dem Triebwerksregler 17 bzw. insbeson­ dere aus dem Flugregler 5, da die Signale über diesen oder für sich zu­ meist alle augenblicklichen Flugzustände des Flugzeuges 16 sowie die Stellungen von dessen Funktionselementen wiedergeben. Somit können auch die vorgenannten Signale, die direkt oder indirekt gleichbedeutend mit dem Lufteinlaufdruck und damit mit dessen Luftzufuhr sind, in vorteil­ hafter Weise zur Steuerung der Luftfanglippe 1 eingesetzt werden.

Diese Signale können von dem Signalempfänger 14 einzeln verwertet werden oder mittels einer in diesem enthaltenen Schaltung kombiniert werden. Im letzteren Fall veranlaßt der Signalempfänger 14 erst dann die Aktivie­ rung der Luftfanglippe 1 in die entsprechende, d.h. in eine obere (O), mittlere (M) oder untere (U) Position, wenn für Redundanzzwecke z.B. ei­ ne Signaläquivalenz aus zwei oder mehreren Quellen vorliegt.

Für eine stufenweise oder verfeinerte Steuerung bzw. Verschwenkung der Luftfanglippe 1, kann im Signalempfänger 14 eine bekannte Schaltung vor­ gesehen sein, die die von den Signalgebern 4 oder vom Flugregler 5 oder vom Triebwerksregler 17 ausgehenden charakteristischen oder hierfür ko­ dierten Signale einzeln oder in kombinierter Form differenziert und die Luftfanglippe in die entsprechende Zwischenstellung bewegt.

Mit diesen Signalen kann die Verschwenkung der Luftfanglippe 1 direkt abhängig oder unabhängig zur Funktionsauslösung der Funktionsgeber oder zu den Meßsignalen, d.h. linear und gleichlaufend oder nichtlinear in unterschiedlichen Stufen und Zeitabläufen oder proportional zu den Funk­ tionsgebern erfolgen.

Mit dieser Steuerung wird die Möglichkeit geschaffen, mittels eines von den Funktionsgebern ausgehenden einfachen Signals die Luftfanglippe 1 direkt in die entsprechende Position zu steuern, wobei auch eine stufen­ weise und verfeinerte Steuerung der Luftfanglippe in jeweils eine Zwi­ schenstellung möglich ist.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Steuern eines Lufteinlaufs für Gasturbinenstrahl­ triebwerke an Hochleistungsflugzeugen, die für eine vom jeweiligen Flug­ zustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenk­ bar angeordnete Luftfanglippe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Luftfanglippenschwenkung ein jeweils mit einem Si­ gnalgeber (4) versehener Flugregler (5) und/oder ein Triebwerksregler (17) als Funktionsgeber vorgesehen ist, mittels deren Signale die Luft­ fanglippe (1) linear, nichtlinear oder proportional zum jeweiligen oder zu beiden Funktionsgebern steuerbar ist, wobei die Signale den von den Funktionsgebern aufbereiteten oder direkt den einzelnen Flug- und/oder Triebwerksleistungen entsprechen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfanglippe (1) mittels eines Schwenkantriebes (6) für eine Quer­ schnittserweiterung des Lufteinlaufes (7) in eine untere Endstellung (U), in eine mittlere, den Einlaufboden (8) etwa gradlinig fortsetzende Position (M) und für eine Verengung des Lufteinlaufs (7) in eine obere Endstellung (O) oder in eine Zwischenstellung schwenkbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfanglippe (1) ein deren Schwenkantrieb (6) aktivierender Signal­ empfänger (14) zugeordnet ist, durch den die vom jeweiligen Signalgeber (4) ausgehenden einzeln schaltbaren oder kombinierten Signale in eine entsprechende Schwenkbewegung der Luftfanglippe (1) umsetzbar sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Signal des jeweiligen Signalgebers (4) der Funktionsgeber, d.h. von wenigstens einem an der Luftfanglippe (1) oder in deren Bereich im Lufteinlauf (7) angeordneten Strömungsdrucksensor (9) und/oder von dem Ausschlagweg der Steuerflächen (11) oder Auftriebsklappen und/oder von der Aus- und Einfahrbewegung der Vorflügeln (3) und/oder der Fahr­ werke (10) und/oder von der Temperatur oder Dichte der Umgebungsluft und/oder von einem Beschleunigungsmesser (12) und/oder von einem Flugla­ genmesser (13) und/oder das Fluggeschwindigkeitsmeßsignal einzeln oder in kombinierter Form von dem Signalempfänger (14) zur Verschwenkung der Luftfanglippe (1) einsetzbar ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalempfänger (14) eine einfache Schaltung aufweist, die mit Hilfe der von den Signalgebern (4) und/oder vom Flugregler (5) bzw. vom Triebwerksregler (17) ausgehenden Signalen und mittels einer digitalen Logik die Luftfanglippe (1) über den Schwenkantrieb (6) in eine offene, halboffene oder geschlossene Po­ sition steuert, wobei der Schaltvorgang durch ein einfaches Endschalter­ signal vom Signalgeber (4) oder z.B. von einem Antrieb der Vorflügeln (3) auslösbar ist und durch ein Endschaltersignal von der Luftfanglippe (1) beendbar ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine stufenweise, nichtline­ are oder proportionale Steuerung der Luftfanglippe (1), eine Schaltung im Signalempfänger (14) zur Differenzierung der von den Signalgebern (4) oder vom Triebwerksregler (17) oder vom Flugregler (5) ausgehenden cha­ rakteristischen oder spezifisch kodierten Signale vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalempfänger (14) eine Schaltung enthalten ist, mittels der einerseits die Signale von den Si­ gnalgebern (4) und/oder vom Flugregler (5) bzw. vom Triebwerksregler (17) unter sich kombinierbar sind oder andererseits die Signale aller Funktionsgeber einzeln verwertbar oder insgesamt kombinierbar sind und dabei die Steuerung für die Luftfanglippe (1) bei vorbestimmten Signal­ schwellwerten auslösbar ist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalempfänger (14) die Si­ gnale zum Steuern der Luftfanglippe (1) jeweils von den Signalgebern (4) der Funktionsgeber oder aus den Meßsignalen auf direktem Weg oder über den Flugregler (5) und/oder über den Triebwerksregler (17) zugeführt werden.