DE3835665C2

DE3835665C2 -

Info

Publication number: DE3835665C2
Application number: DE19883835665
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 8014 Neubiberg De Kagerer; Werner Dipl.-Ing. 8018 Pullenhofen De Mueller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-11-15
Also published as: DE3835665A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lufteinlaufsteuerung für Gasturbinenstrahltriebwerke an Hochleistungsflugzeugen, mit Funktionsgebern für eine vom jeweiligen Flugzustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge, wobei eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenkbar angeordnete Luftfanglippe vorgesehen ist.

Ein auf ein bestimmtes Gasturbinenstrahltriebwerk abgestimmter Lufteinlauf dient zur genauen Zumessung der jeweils erforderlichen Luftdurchsatzmenge bei allen Flugzuständen, wobei sich ein unzureichender Luftdurchsatz 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 erreichen. Ein ähnlicher Effekt tritt auf, wenn vom Flugzeug ein zu hoher Anstellwinkel geflogen wird und z.B. durch eine Abschattung des Lufteinlaufs von diesem nur eine geringe Luftmasse pro Sekunde aufgenommen werden 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 Regelung der schwenkbaren Luftfanglippe erfolgt in sehr aufwendiger Weise nach variablen und unterschiedlichen Parametern, die nach entsprechenden komplizierten Steuerungs- und Regelkennfeldern nur von komplexen Geräten, wie ein Steuersignalrechner, ein Referenzrechner und von einem Ein- und Ausgangs-Funktionsrechner über eine zusätzliche umfangreiche Elektronik verarbeitet werden können. Dieser Aufwand ist sehr kostspielig und weist darüber hinaus eine hohe Störanfälligkeit auf.

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

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen 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 flugwichtige Elemente bzw. hochqualitative und bewährte Geräte zurückgegriffen, 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 Kombination verschiedener, zumeist ohnehin für die Flugsteuerung generierten Signale für die Ansteuerung der Luftfanglippe, ist zusätzlich eine hohe Redundanzmöglichkeit für den einwandfreien Triebwerksbetrieb gegeben. Für diese Redundanz ist die wechselseitige Benutzungsmöglichkeit aller Funktionsgeber bzw. deren Signale von besonderem Vorteil

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

1. Lufteinlaufsteuerung für Gasturbinenstrahltriebwerke an Hochleistungsflugzeugen, mit Funktionsgebern für eine vom jeweiligen Flugzustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge, wobei eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenkbar angeordnete Luftfanglippe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Luftfanglippe (1) ein einziger oder mehrere verschiedene Funktionsgeber vorgesehen sind, die entweder auf direktem Weg, über einen Flugregler (5), über einen Triebwerksregler (17), über den Flug- und Triebswerksregler (5, 17) oder auf direktem Weg und über mindestens einen Regler (5, 17) mit der Luftfanglippe (1) korrespondieren, wobei der bevorzugte Funktionsgeber ein den Ausschlagweg der Steuerflächen (11) erfassender Signalgeber (4) ist.

2. Lufteinlaufsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Funktionsgeber einzeln oder kombiniert als Signalgeber (4) fungieren, wie
wenigstens ein an der Luftfanglippe (1) oder in deren Bereich im Lufteinlauf (7) angeordneter Strömungsdrucksensor (9)
und/oder die Signalgeber (4) zur Bestimmung

a) der Aus- und Einfahrbewegung der Auftriebsklappen
b) der Aus- und Einfahrbewegung der Vorflügel (3)
c) der Ein- und Ausfahrbewegung des Bug- und Hauptfahrwerks (10)

und/oder als Signalgeber (4)

d) ein Beschleunigungsmesser (12)
e) der Triebwerksregler (17)
f) ein Fluglagenmesser (13)
g) der Flugregler (5)

und/oder das Fluggeschwindigkeitsmeßsignal.

3. Lufteinlaufsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugte Funktionsgeber als Signalgeber (4) für ein im Flugregler (5) generiertes Signal dient, das für eine funktionsgerechte Steuerung der Luftfanglippe (1) dem fluggeschwindigkeitsabhängigen Ausschlagweg der Steuerflächen (11) entspricht.

4. Lufteinlaufsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfanglippe (1) mittels eines Schwenkantriebes (6) für eine Querschnittserweiterung des Lufteinlaufes (7) in eine untere Endstellung (U), in eine mittlere, den Einlaufboden (8) etwa gradlinig fortsetzende Position (M) und für eine Verengung des Lufteinlauf (7) in eine obere Endstellung (O) oder in eine Zwischenstellung schwenkbar ist.

5. Lufteinlaufsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfanglippe (1) ein deren Schwenkabtrieb (6) aktivierender Signalempfänger (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.

6. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalempfänger (14) eine einfache Schaltung aufweist, die mit Hilfe der von den Signalgebern (4) ausgehenden Signalen und mittels einer digitalen Logik die Luftfanglippe (1) über den Schwenkantrieb (6) in eine offene, halboffene oder geschlossene Position steuert, wobei der Schaltvorgang durch ein einfaches Endschaltersignal vom Signalgeber (4) oder von einem Antrieb, z. B. des Bug- und Hauptfahrwerks (10), auslösbar ist und durch ein Endschaltersignal von der Luftfanglippe (1) beendbar ist.

7. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für eine stufenweise, lineare/nichtlineare oder proportionale Steuerung der Luftfanglippe (1), eine Schaltung im Signalempfänger (14) zur Differenzierung der von den Signalgebern (4) ausgehenden charakteristischen oder spezifisch kodierten Signale vorgesehen ist.

8. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalempfänger (14) eine Schaltung enthalten ist, mittels der einerseits die Signale von den Signalgebern (4) unter sich beliebig kombinierbar oder einzeln verwertbar sind und andererseits dabei die Steuerung für die Luftfanglippe (1) bei vorbestimmten Signalschwellwerten auflösbar ist.