DE3835665A1 - Steuerung fuer einen lufteinlauf von hochleistungsflugzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen Lufteinlauf für Gastur­ binenstrahltriebwerke von Hochleistungsflugzeugen, die für eine vom je­ weiligen Flugzustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurch­ satzmenge eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenkbar angeordneten 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 darüberhinaus 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 bzw. vom Flugregler 5 oder vom Triebwerksregler 17 den Schwenkantrieb 6 zur Verschwenkung der Luftfang­ lippe 1 in die entsprechende vorgesehene Position aktiviert, wobei zu­ nächst davon ausgegangen wird, daß sich die Luftfanglippe 1 in der mitt­ leren Position (M) befindet.

Dem Signalempfänger 14 wird hierzu ein Signal vom Flugregler 5 zuge­ führt, das dem jeweiligen Ausschlagweg der Steuerflächen 11 bei der je­ weiligen Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges 16 entspricht. Da der Wir­ kungsgrad der Steuerflächen 11 direkt in Abhängigkeit zur Strömungsge­ schwindigkeit steht, ist das Signal zur Ansteuerung der Steuerflächen 11 oder deren Rückkopplungssignal gleichermaßen auch für die Steuerung der Luftfanglippe 1 einsetzbar.

Daraus ergibt sich, daß die bei einer niedrigen Fluggeschwindigkeit er­ forderlichen großen Ausschläge der Steuerflächen 11 auch zur Verschwen­ kung der Luftfanglippe 1 in die untere Position (U) führen, d.h. in eine den Querschnitt des Lufteinlaufs 7 erweiternde Position, um dem Trieb­ werk bei einer niedrigen Fluggeschwindigkeit einen ausreichenden Luft­ durchsatz zu ermöglichen.

Gegenteilig hierzu wird bei einem ausreichenden oder überschüssigen Luftdurchsatz die Luftfanglippe 1 in der mittleren Position (M) gehalten oder in die obere Position (O) dann verschwenkt, wenn eine höhere oder hohe Fluggeschwindigkeit einen geringeren bis kleinen Ausschlag der Steuerflächen 11 erfordert.

Für eine einfache Arbeitsweise der Luftfanglippensteuerung kann es sich um ein einfaches ja-nein-Signal vom Flugregler 5 handeln, das die Luft­ fanglippe 1 mittels des Schwenkantriebs 6 von der mittleren Position (M) jeweils entweder in die untere (U) oder obere Position (O) bewegt.

Es kann jedoch auch ein differenziertes Signal vom Flugregler 5 gewonnen werden, das von dem Signalempfänger 14 für eine Verschwenkung der Luft­ fanglippe 1 in eine entsprechende Zwischenstellung jeweils ausgewertet wird.

Als weiteres Beispiel weisen die Vorflügeln 3 bzw. die Fahrwerke 10 bzw. die nicht dargestellten Auftriebsklappen oder deren nicht dargestellten Antriebe als Funktionsgeber normalerweise ebenfalls den angesprochenen Signalgeber 4 auf, dessen einfaches digitales Signal (ja-nein-Signal) den Signalempfänger 14 veranlassen kann, die Luftfanglippe 1 über deren Schwenkantrieb 6 entweder in die obere (O), oder untere (U) Position zu schwenken. Dies stellt gleichfalls eine einfache Arbeitsweise der Luft­ fanglippensteuerung dar, die evtl. von einem einfachen Endschaltersignal des Antriebs oder des Signalgebers 4 und der Luftfanglippe initiiert und beendet werden kann. In diesem Beispiel gibt der Signalgeber 4 der Vor­ flügeln 3 dem Signalempfänger 14 an, daß diese aus Auftriebsgründen aus­ gefahren sind und daß die Luftfanglippe 1 in die untere Position (U) zu schwenken ist, da aufgrund der niedrigen Fluggeschwindigkeit 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.

Im Lufteinlauf 7 ist z.B. an der Luftfanglippe 1 oder in deren Nähe - beispielsweise für die Triebwerksregelung - wenigstens ein Strömungs­ drucksensor 9 angeordnet, dessen Signale über dessen Signalgeber 4 oder von dessen Signalausgang direkt zur Steuerung der Luftfanglippe 1 ein­ setzbar sind. Dabei wird die Luftfanglippe 1 bei einem vorbestimmten niedrigen Druck im Lufteinlauf 7 in die untere Position (U) und bei ei­ nem vorbestimmten höheren bzw. hohen Druck in der mittleren Stellung (M) belassen bzw. in die obere Stellung (O) geschwenkt. Dies gewährleistet stets eine optimale Luftzufuhr zum Triebwerk mit einfachsten Mitteln bei allen Flugzuständen: Es ist auch denkbar, daß die Luftfanglippe 1 von einem Triebwerksregler 17 gesteuert wird, indem die Steuerung mittels eines Ausgangssignals vom Triebwerksregler 17 erfolgt, das auf die er­ forderliche Triebwerksleitung bezogen ist, wobei ein Soll-Ist-Vergleich oder Zwischenwert als Kriterium herangezogen werden können.

Weiterhin können die vorbestimmten Charakteristiken oder Schwellwerte der Signale folgender Funktionsgeber bzw. Meßsignale für den gleichen Zweck eingesetzt werden: Die z.B. für die Trägheitsnavigation generier­ ten Werte aus einem Beschleunigungsmesser 12 oder aus einem Fluglagen­ messer 13 oder aus der Fluggeschwindigkeitsmessung und die Signale ins­ besondere aus dem Flugregler 5, da die Signale über diesen oder für sich zumeist alle augenblicklichen Flugzustände des Flugzeuges 16 sowie die Stellungen von dessen Funktionselementen wiedergeben.

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 von den Meßstellen, 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 stu­ fenweise und verfeinerte Steuerung der Luftfanglippe in jeweils eine Zwischenstellung möglich ist.

Claims (8)

1. Steuerung für einen Lufteinlauf eines Gasturbinenstrahltriebwer­ kes von Hochleistungsflugzeugen, die für eine vom jeweiligen Flugzustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenkbar ange­ ordnete Luftfanglippe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem fluggeschwindigkeitsabhängigen Ausschlagweg der Steuerflächen (11) ent­ sprechendes Signal aus einem Flugregler (5), als Funktionsgeber für die Schwenkbewegung der Luftfanglippe (1) vorgesehen ist, wobei deren Schwenkbewegung linear, nichtlinear oder proportional zum Funktionsgeber steuerbar ist.

2. Steuerung für einen Lufteinlauf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftfanglippe (1) mittels eines Schwenkantriebes (6) für eine Querschnittserweiterung des Lufteinlaufes (7) in eine unte­ re Endstellung (U), in eine mittlere, den Einlaufboden (B) etwa gradli­ nig fortsetzende Position (M) und für eine Verengung des Lufteinlaufs (7) in eine obere Endstellung (O) oder in eine Zwischenstellung schwenk­ bar ist.

3. Steuerung für einen Lufteinlauf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfanglippe (1) ein deren Schwenkantrieb (6) aktivierender Signalempfänger (14) zugeordnet ist, durch den die vom je­ weiligen Signalgeber (4) und/oder vom Flugregler (5) und/oder von einem Triebwerksregler (17) ausgehenden einzeln schaltbaren oder kombinierten Signale in eine entsprechende Schwenkbewegung der Luftfanglippe (1) um­ setzbar sind.

4. Steuerung für einen Lufteinlauf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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 Strömungsdrucksen­ sor (9) und/oder von der Aus- und Einfahrstellung des Fahrwerks (10) bzw. der Auftriebsklappen und/oder von einem Beschleunigungsmesser (12) und/oder von einem Fluglagenmesser (13) und/oder von der Aus- und Ein­ fahrbewegung der Vorflügeln (3) und/oder das Fluggeschwindigkeitsmeßsi­ gnal und/oder ein Signal vom Triebwerksregler (17) und/oder vom Flugreg­ ler (5) einzeln oder in kombinierter Form von dem Signalempfänger (14) zur Verschwenkung der Luftfanglippe (1) einsetzbar ist.

5. Steuerung für einen Lufteinlauf nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Si­ gnalempfänger (14) eine einfache Schaltung aufweist, die mit Hilfe der von den Signalgebern (4) und/oder vom Flugregler (5) bzw. vom Trieb­ werksregler (17) ausgehenden Signalen und mittels einer digitalen Logik die Luftfanglippe (1) über den Schwenkantrieb (6) in eine offene, halb­ offene oder geschlossene Position steuert, wobei der Schaltvorgang durch ein einfaches Endschaltersignal vom Signalgeber (4) oder z.B. von einem Antrieb der Vorflügeln (3) oder vom Funktionsgeber auslösbar ist und durch ein Endschaltersignal von der Luftfanglippe (1) beendbar ist.

6. Steuerung für einen Lufteinlauf nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine stufenweise, nichtlineare 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 charakteristischen oder spezifisch kodierten Signale vorgesehen ist.

7. Steuerung für einen Lufteinlauf nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Signal­ empfänger (14) eine Schaltung enthalten ist, mittels der einerseits die Signale von den Signalgebern (4) und/oder vom Flugregler (5) bzw. vom Triebwerksregler (17) unter sich kombinierbar sind oder andererseits die Signale aller Funktionsgeber einzeln verwertbar oder insgesamt kombi­ nierbar sind und dabei die Steuerung für die Luftfanglippe (1) bei vor­ bestimmten Signalschwellwerten auslösbar ist.

8. Steuerung für einen Lufteinlauf nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Si­ gnalempfänger (14) die Signale zum Steuern der Luftfanglippe (1) jeweils von den Signalgebern (4) von den Funktionsgebern oder aus den Meßsigna­ len auf direktem Weg oder über den Flugregler (5) und/oder über den Triebwerksregler (17) zugeführt werden.